[发明专利]上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统

权利要求书

1.一种上肢助力外骨骼的控制方法，其特征在于，所述方法由上肢助力外骨骼的中控模块执行，所述上肢助力外骨骼包括中控模块、力传感器、位置传感器、电机和机械结构；所述力传感器、位置传感器和所述电机分别与所述中控模块连接；所述力传感器、位置传感器和所述电机设置于所述机械结构上；所述电机用于控制所述机械结构运动；

所述方法包括：

步骤1，通过所述力传感器获取用户发出的施力信号；

步骤2，将所述施力信号输入至预设的上肢数学模型中以生成所述电机的驱动信号；其中，所述驱动信号包括所述机械结构的速度信号和位置信号；根据所述驱动信号，驱动所述电机控制所述机械结构运动；

步骤3，在所述机械结构运动过程中，将所述位置信号输入至预设的设定力模型，输出所述位置信号对应的设定力信号；其中，所述设定力模型中包括所述位置信号与所述设定力信号的对应关系；

步骤4，通过力传感器实时检测所述用户发出的变化的施力信号；通过所述位置传感器获取用户上肢的位置反馈信号；计算该施力信号与所述设定力信号的合力；将该合力输入至上述预设的上肢数学模型中输出新的驱动信号；新的驱动信号包括机械结构的速度信号和位置信号；

当所述新的驱动信号中的位置信号与所述位置传感器感测的位置反馈信号产生差值，根据所述差值调整所述驱动信号，直至所述位置反馈信号与所述新的驱动信号中位置信号相同。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中将所述施力信号输入至预设的上肢数学模型中生成所述电机的驱动信号包括：

将所述施力信号分解至多个所述电机对应的各个方向上；其中，所述施力信号包括所述用户发出的握力或握力矩的大小和方向；

根据分解后的各个方向上的施力信号，生成相应的所述电机的驱动信号。

3.一种上肢助力外骨骼的控制装置，其特征在于，所述上肢助力外骨骼包括中控模块、力传感器、位置传感器、电机和机械结构；所述控制装置设置于上肢助力外骨骼的中控模块中，所述力传感器、位置传感器和电机分别与所述控制装置连接；所述力传感器、位置传感器和电机设置于所述机械结构上；所述电机用于控制所述机械结构运动；

所述装置包括：

信号获取模块，用于通过所述力传感器获取用户发出的施力信号；通过所述位置传感器获取上肢的位置反馈信号；

信号生成模块，用于将所述施力信号输入至预设的上肢数学模型中以生成所述电机的驱动信号；其中，所述驱动信号包括所述机械结构的速度信号和位置信号；

驱动模块，用于根据所述驱动信号，驱动所述电机控制所述机械结构运动，以使所述机械结构带动外部的负载运动；

所述装置还包括：

第一计算模块，用于在所述机械结构运动过程中，将所述位置信号输入至预设的设定力模型，输出所述位置信号对应的设定力信号；其中，所述设定力模型中包括所述位置信号与所述设定力信号的对应关系；

检测模块，通过力传感器实时检测所述用户发出的变化的施力信号以及通过所述位置传感器获取上肢的位置反馈信号；

第二计算模块，用于计算力传感器实时检测的所述用户发出的变化的所述施力信号与所述设定力信号的合力；将所述合力输入至上述预设的上肢数学模型中输出新的驱动信号；新的驱动信号包括机械结构的速度信号和位置信号；

判断模块，当所述新的驱动信号中的位置信号与所述位置传感器感测的位置反馈信号产生差值，根据所述差值调整所述驱动信号，直至所述位置反馈信号与所述新的驱动信号中位置信号相同。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述信号生成模块，包括：

力分解单元，用于将所述施力信号分解至多个所述电机对应的各个方向上；其中，所述施力信号包括所述用户发出的握力或握力矩的大小和方向；

信号生成单元，用于根据分解后的各个方向上的施力信号，生成相应的所述电机的驱动信号。